package study.数据结构.非线性结构.图;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.LinkedList;

public class Graph {

    public static void main(String[] args) {
        //测试
        int n = 5;  //顶点的个数
        String vertexValue[] = {"A", "B", "C", "D", "E"};
        //创建图对象
        Graph graph = new Graph(n);
        //循环添加顶点
        for (String s : vertexValue) {
            graph.insertVertex(s);
        }
        //添加边
        graph.insertEdge(0, 1, 1);
        graph.insertEdge(0, 2, 1);
        graph.insertEdge(1, 2, 1);
        graph.insertEdge(1, 3, 1);
        graph.insertEdge(1, 4, 1);

        System.out.println("图的邻接矩阵为：");
        graph.showGraph();

        //测试 dfs算法
//        System.out.println("深度优先");
//        graph.dfs();

        //测i是bfs算法
        System.out.println("广度优先");
        graph.bfs();
    }

    private ArrayList<String> vertexList;// 存储顶点的集合
    private int[][] edges;   //存储图对应的邻接矩阵
    private int numOfEdges;  //表示边的数目
    //定义一个数组，记录某个顶点是否被访问过
    private boolean[] isVisited;

    //构造器
    public Graph(int n) {
        //初始化矩阵和vertexList
        edges = new int[n][n];
        vertexList = new ArrayList<String>();
        isVisited = new boolean[n];
    }

    //得到邻接节点的下标 w

    /**
     * @param index 当前顶点的下标
     * @return 如果存在邻接节点则返回 第一个邻接节点的下标， 如果不存在就返回-1
     */
    public int getFirstNeighbor(int index) {
        for (int i = 0; i < vertexList.size(); i++) {
            if (edges[index][i] > 0) {
                return i;
            }
        }
        return -1;
    }

    //根据前一个邻接节点的下标获取下一个邻接节点
    public int getNextNeighbor(int v1, int v2) {
        for (int i = v2 + 1; i < vertexList.size(); i++) {
            if (edges[v1][i] > 0) {
                return i;
            }
        }
        return -1;
    }

    //深度优先遍历算法
    //因为深度优先遍历算法是一个递归算法， i第一次进来是0 ，isVisited数组中元素值都是0
    private void dfs(boolean[] isVisited, int i) {
        //首先访问当前节点
        System.out.print(getValueByIndex(i) + "->");
        //将该节点设置为已经访问过
        isVisited[i] = true;
        //查找该节点的第一个邻接节点
        int w = getFirstNeighbor(i);
        while (w != -1) {  //说明存在
            if (!isVisited[w]) {   //如果w没有被访问过， 则进行递归深度优点遍历
                dfs(isVisited, w);
            }
            //如果w被访问过 ，则去查找当前节点的下一个邻接节点
            w = getNextNeighbor(i, w);
        }
    }

    //对dfs进行重载，遍历所有的节点，并进行dfs
    public void dfs() {
        //遍历所有的节点进行  dfs
        for (int i = 0; i < getNumOfVertex(); i++) {
            if (!isVisited[i]) {
                dfs(isVisited, i);
            }
        }
    }

    //对一个节点进行广度优先遍历的方法
    private void bfs(boolean[] isVisited, int i) {
        int u;  //表示队列的头节点的对应的下标
        int w;  //邻接节点 w
        //队列，记录节点访问的顺序
        LinkedList queue = new LinkedList<>();
        //访问该节点
        System.out.print(getValueByIndex(i) + "->");
        //将该节点设置为已经访问过
        isVisited[i] = true;
        //将这个节点的下标加入队列
        queue.addLast(i);
        while (!queue.isEmpty()) {
            //只要队列非空，取出队列的头节点下标
            u = (int) queue.removeFirst();
            //获取u的第一个邻接头节点下标
            w = getFirstNeighbor(u);
            while (w != -1) {
                //判断w是否访问过
                if (!isVisited[w]){
                    // 没访问该节点 ，则访问
                    System.out.print(getValueByIndex(w) + "->");
                    //将该节点设置为已经访问过
                    isVisited[w] = true;
                    //将这个节点入队列
                    queue.addLast(w);
                }
                w = getNextNeighbor(u,w);
            }
        }
    }

    //对bfs进行重载，遍历所有的节点，并进行bfs
    public void bfs(){
        for (int i = 0; i < getNumOfVertex(); i++) {
            if (!isVisited[i]){
                bfs(isVisited,i);
            }
        }
    }

    //插入顶点
    public void insertVertex(String vertex) {
        vertexList.add(vertex);
    }

    //添加边

    /**
     * @param v1     表示顶点的下标，即第几个顶点。
     * @param v2     表示第二个顶点对应的下标
     * @param weight 表示这两个顶点之间有没有边
     */
    public void insertEdge(int v1, int v2, int weight) {
        edges[v1][v2] = weight;
        edges[v2][v1] = weight;
        numOfEdges++;
    }

    //图中常用的方法
    //返回节点的个数
    public int getNumOfVertex() {
        return vertexList.size();
    }

    //得到边的数目
    public int getNumOfEdges() {
        return numOfEdges;
    }

    //返回节点i（下标）对应的数据
    public String getValueByIndex(int i) {
        return vertexList.get(i);
    }

    //返回v1和v2的权值
    public int getWeight(int v1, int v2) {
        return edges[v1][v2];
    }

    //遍历图对应的邻接矩阵
    public void showGraph() {
        for (int[] edge : edges) {
            System.out.println(Arrays.toString(edge));
        }
    }
}
